ユビキチン結合酵素

ユビキチン結合酵素 (E2酵素)

ユビキチン結合酵素は、E2酵素（E2 enzyme）としても広く知られており、細胞内で不要になったタンパク質の分解を担うユビキチン-プロテアソームシステムにおいて、中心的な役割を果たす一群の酵素です。この酵素は、まれにユビキチンキャリアー酵素（ubiquitin-carrier enzyme）と呼ばれることもあります。

ユビキチン化とその役割

ユビキチン-プロテアソームシステムは、タンパク質にユビキチンという小さなタンパク質分子をタグとして付加する「ユビキチン化」というプロセスを経て、特定のタンパク質を分解へと導きます。ユビキチンは76個のアミノ酸からなる約8.5 kDaの小さなタンパク質です。ユビキチン化は、分解対象となる標的タンパク質の特定のアミノ酸残基、主にリジン残基に、ユビキチン分子を共有結合によって強固に結びつける反応です。

タンパク質にまず一つユビキチン分子が結合すると、多くの場合、さらに連続してユビキチンが付加され、複数のユビキチン分子が数珠つなぎになった「ポリユビキチン鎖」が形成されます。このポリユビキチン鎖が、細胞内の不要なタンパク質や損傷したタンパク質を分解する巨大な複合体であるプロテアソームの、識別・調節機能を担う19Sサブユニットによって認識される「分解シグナル」として機能します。

プロテアソームの19Sサブユニットは、ポリユビキチン鎖を認識すると、ATP（アデノシン三リン酸）というエネルギー源を利用して、結合した標的タンパク質の立体構造を解きほぐし、一本のポリペプチド鎖の状態（アンフォールディング）にします。アンフォールディングされたタンパク質鎖は、プロテアソームの触媒作用を持つ中心部、20Sコアサブユニット内部へと導かれます。20Sコアの内部には、プロテアーゼと呼ばれるタンパク質分解酵素が存在し、ここで標的タンパク質は短いペプチド断片へと徹底的に分解されます。分解されたペプチドやユビキチン分子は、細胞内で再利用されることになります。

ユビキチンシステムの連携におけるE2の機能

ユビキチン化反応は、通常、3種類の酵素が協調して行います。

1. ユビキチン活性化酵素 (E1): システムの最初の段階を担い、ユビキチン分子を活性化します。E1酵素は、自身の活性部位にあるシステイン残基にユビキチンを共有結合させることで、ユビキチンを高エネルギー状態にします。
2. ユビキチン結合酵素 (E2): E1によって活性化されたユビキチンは、次にE2酵素のシステイン残基へと転移されます。E2はユビキチンを受け取り、これを運搬する役割を果たします。ユビキチンを受け取ったE2分子は、ユビキチンリガーゼ（E3）分子群のうちの特定のタイプと、構造的に保存された結合領域を介して結合します。
3. ユビキチンリガーゼ (E3): ユビキチンシステムの最終段階を担い、基質となる特定の標的タンパク質を認識し結合します。そして、E2が運んできたユビキチンを、自身が結合している標的タンパク質のリジン残基へと転移させる反応を触媒します。

このように、E2酵素はE1からユビキチンを受け取り、それをE3酵素へと渡す「仲介役」として、ユビキチン化カスケードにおいて不可欠なステップを実行しています。

システムの特異性

細胞内には、通常、限られた種類のE1分子しか存在しません。しかし、E2分子の種類はE1よりも多く、そしてE3分子の種類は極めて多様です。このE3分子の多様性が、ユビキチン-プロテアソームシステムによるタンパク質分解の「特異性」を決定づける重要な要因となっています。なぜなら、特定の標的タンパク質を認識し結合する役割は主にE3酵素が担っているからです。一方、各タイプのE2酵素は、複数の異なるタイプのE3酵素と結合する能力を持っており、E2は幅広いユビキチン化反応に関与することが可能です。

もう一度検索